[实用新型]激光烧结与电纺碳纤维相结合的金属3D打印装置

说明书

技术领域

本实用新型属于金属基碳纤维增强材料的快速成型技术领域，具体涉及一种激光烧结与电纺碳纤维相结合的金属3D打印装置。

背景技术

自从Formhals等在1934年利用电纺技术实现纳米纤维无纺布的构建之后，静电纺丝技术就为大家所熟知。这一技术的核心是使带电流体在静电场中流动与变形，最终得到纤维状物质。当给注射器针尖和收集板之间加上静电高压时，电场力克服针尖液滴的表面张力，高速射流被拉伸，然后形成泰勒锥，静电力使射流分岔，变成极细的丝状纤维。最后溶剂挥发，收集板收集到无序的无纺布式纳米级纤维。碳纤维(carbon fiber,CF)是静电纺丝的常用材料，该材料由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化和石墨化处理而得到的微晶石墨材料。质量轻但强度却高于钢铁材料，并且具有耐腐蚀、耐高温高模量等特性，是非常稳定的纤维增强材料。

快速成型技术(Rapid Prototyping，简称RP)是一项集激光、材料、信息及控制等于一体的高新制造技术，其突出优点就是不需要任何工装夹具便能根据产品的CAD数据快捷地制造出具有一定结构和功能的原型甚至产品，是制造领域的一次重大技术突破，与并行工程一起被列为当代两项最重要的制造技术。其中，选择性激光烧结(selecting laser sintering SLS)利用粉末材料在激光照射下烧结的原理，由计算机控制层叠堆积成型。一般的步骤是首先铺一层粉末材料，将材料预热到接近熔化点，再使用激光在该层截面上扫描，使粉末温度升至熔化点，然后烧结形成粘接，接着不断重复铺粉、烧结的过程，直至完成整个模型成型。该工艺材料适用面广，不仅能制造塑料零件，还能制造陶瓷、石蜡等材料的零件，特别是可以直接制造金属零件。该技术的优点为：可采用多种材料、制作工艺简单、无需支撑结构、材料利用率高。但该方法加工出的制作表面粗糙、烧结过程挥发异味、制作过程需要比较复杂的辅助工艺等，特别是制造出来的工件的强度和硬度与锻件相比都有很大的差异，很难作为结构件直接使用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种激光烧结与电纺碳纤维相结合的金属3D打印装置，该装置制备出强度及硬度较好的工件，工件的表面较为光滑，并且制备过程中不挥发异味，制作过程较为简单。

为达到上述目的，本实用新型所述的激光烧结与电纺碳纤维相结合的金属3D打印装置包括计算机、机架、基板、XY二维运动平台、竖向运动装置、激光烧结装置及静电纺丝装置，其中激光烧结装置包括激光器、喷嘴及金属原料料筒，静电纺丝装置包括高压电源、针头及碳纤维溶液料筒；

基板通过XY二维运动平台固定于机架的底部，竖向运动装置固定于机架的侧面，激光器设置于竖向运动装置的侧面，针头及喷嘴固定于竖向运动装置的底部，且针头的出口、喷嘴的出口及激光器均正对基板，高压电源的正极及负极分别与针头及基板相连接，碳纤维溶液料筒及金属原料料筒均固定于机架的顶部，且碳纤维溶液料筒的出口与针头的入口相连通，金属原料料筒的出口与喷嘴的入口相连通，计算机与XY二维运动平台的控制端及竖向运动装置的控制端相连接。

金属原料料筒的出口通过金属送料管与喷嘴的入口相连通。

金属原料料筒的出口处设有金属原料调节阀，金属原料调节阀的控制端与计算机相连接。

碳纤维溶液料筒的出口通过碳纤维送料管与针头的入口相连通。

碳纤维溶液料筒的出口处设有碳纤维溶液调节阀，碳纤维溶液调节阀的控制端与计算机相连接。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型所述的激光烧结与电纺碳纤维相结合的金属3D打印装置在具体操作时，将静电纺丝技术与激光烧结成型技术相结合，根据待打印工件的形状调整基板、喷嘴及针头的位置，并在金属原料激光烧结的过程中在烧结区域加入丝状碳纤维，从而制备出任意复杂形状的工件，工件的强度及耐磨性得到大幅的提高，工件的表面光滑，并且制备过程中不挥发异味，操作较为简单，避免传统加工工序多、效率低下的弊端，同时不需要使用工装夹具就能快速的获得金属功能工件，有效的解决激光烧结直接成型的功能工件强度低的问题。

附图说明

图1为本实用新型的原理图；

图2为本实用新型的结构示意图；

图3为本实用新型的主视图。